Биоинженерия. Методическая разработка для студентов специальности 070100 "Биотехнология". Балдаев Н.С. - 5 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВСГУТУ | Улан-Удэ

Составители: 

Рубрика: 

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ И РАЗМЕРОВ
ДРОЖЖЕВОЙ КЛЕТКИ.
При выделении ряда целевых продуктов (ферменты, ан-
тибиотики и т.п.) необходимо отделить клеточную биомас-
су от культуральной жидкости. Для этих целей в основном
используют механические способы, такие, как центрифуги-
рование и фильтрация.
Рассмотрим процесс центрифугирования или процесс
несвободного осаждения в центробежном поле. В соответ-
ствии с законом Ньютона сопротивление
R для одиночной
частицы, помещенной в поток жидкости неограниченного
размера, определяется по уравнению
AUCgR
mDc
2
0
2
1
ρ
= , (2.1)
где
C
D
– коэффициент трения;
ρ
m
– плотность жидкости, кг/м
3
;
U
0
– относительная скорость между жидкостью и
одиночной частицей, м/сек;
А – площадь сечения частицы, перпендикулярного на-
правлению движения жидкости, м
2
;
g
c
– коэффициент пересчета.
Соотношение между коэффициентом трения
C
D
и чис-
лом Рейнольдса
N
Re
=
µ
ρ
mp
UD
0
для сферических частиц при
значениях
N
Re
<0,3
C
D
=24/ N
Re
(2.2)
Уравнение (2.2) было теоретически получено из уравнения
Rg
c
=3πµD
p
U
0
(2.2)
/
Уравнения (2.2) и (2.2)
/
представляют собой выражение
закона Стокса,
µ и D
p
— вязкость жидкости и диаметр час-
тицы соответственно.
Закон Стокса, как правило, применим для микробной
суспензии, которая разведена так, что можно пренебречь
влиянием соседних частиц на движение одиночной части-
цы. Примем для простоты, что в первом приближении мик-
робные частицы имеют сферическую форму.
В случае равновесного состояния силы сопротивления,
воздействующие на микробы, равны движущей силе. В этом
случае скорость оседания
U
0
равна конечной скорости оди-
ночной частицы, что будет использовано в последующих
выкладках.
Таким образом, из уравнения (2.2) следует, что в грави-
тационном поле
3πµD
p
U
0
=
(
)
gD
myp
ρρ
π
−
3
6
;
(
)
µ
ρρ
18
2
0
gD
U
myp
−
= , (2.3)
где ρ
y
– плотность микробных клеток, кг/м
3
;
g – ускорение силы тяжести, м/сек
2
.
В центробежном поле
(
)
0
2
0
18
ZU
gZD
U
myp
с
µ
ρρ
−
= , (2.4)
где U
c0
– скорость оседания одиночных частиц в центро-
бежном поле, м/сек;
Z – центробежная сила (
g
r
2
ω
);
r – расстояние по радиусу от центра вращения, м;
ω – угловая скорость вращения, рад/сек.
Так как при этом происходит возрастание концентрации
клеток, нельзя не учитывать влияния соседних частиц на
движение одиночной частицы. Величина U
0
в этих случаях
убывает до U и осаждение роя таких частиц называют «не-
свободным» осаждением. Разделение суспензии микробных
клеток как в гравитационном, так и центробежном полях
относится к этой общей категории несвободного осаждения. 
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ                 И   РАЗМЕРОВ       суспензии, которая разведена так, что можно пренебречь
ДРОЖЖЕВОЙ КЛЕТКИ.                                           влиянием соседних частиц на движение одиночной части-
                                                            цы. Примем для простоты, что в первом приближении мик-
    При выделении ряда целевых продуктов (ферменты, ан-     робные частицы имеют сферическую форму.
тибиотики и т.п.) необходимо отделить клеточную биомас-        В случае равновесного состояния силы сопротивления,
су от культуральной жидкости. Для этих целей в основном     воздействующие на микробы, равны движущей силе. В этом
используют механические способы, такие, как центрифуги-     случае скорость оседания U0 равна конечной скорости оди-
рование и фильтрация.                                       ночной частицы, что будет использовано в последующих
    Рассмотрим процесс центрифугирования или процесс        выкладках.
несвободного осаждения в центробежном поле. В соответ-         Таким образом, из уравнения (2.2) следует, что в грави-
ствии с законом Ньютона сопротивление R для одиночной       тационном поле
                                                                                         π
                                                                                             D 3p (ρ y − ρ m )g ;
частицы, помещенной в поток жидкости неограниченного
размера, определяется по уравнению                                            3πµDpU0=
                                                                                         6
                     1
                 R = g cCD ρ mU 02 A ,             (2.1)                                 D p2 (ρ y − ρ m )g
                     2                                                            U0 =                      ,      (2.3)
                                                                                                18µ
где CD – коэффициент трения;
    ρm– плотность жидкости, кг/м3;                             где ρy – плотность микробных клеток, кг/м3;
    U0 – относительная скорость между жидкостью и                  g – ускорение силы тяжести, м/сек2.
одиночной частицей, м/сек;                                  В центробежном поле
     А – площадь сечения частицы, перпендикулярного на-                                 ZD p2 (ρ y − ρ m )g
                                                                                 U с0 =                     ZU 0 ,  (2.4)
правлению движения жидкости, м2;                                                                18µ
     gc – коэффициент пересчета.                            где Uc0 – скорость оседания одиночных частиц в центро-
    Соотношение между коэффициентом трения CD и чис-        бежном поле, м/сек;
                      DU ρ
                                                                Z – центробежная сила ( rω
                                                                                              2
лом Рейнольдса NRe= p 0 m для сферических частиц при                                              );
                        µ                                                                       g
значениях NRe<0,3                                               r – расстояние по радиусу от центра вращения, м;
                      CD=24/ NRe                    (2.2)       ω – угловая скорость вращения, рад/сек.
                                                               Так как при этом происходит возрастание концентрации
Уравнение (2.2) было теоретически получено из уравнения     клеток, нельзя не учитывать влияния соседних частиц на
                     Rgc=3πµDpU0                   (2.2)/   движение одиночной частицы. Величина U0 в этих случаях
   Уравнения (2.2) и (2.2)/ представляют собой выражение    убывает до U и осаждение роя таких частиц называют «не-
закона Стокса, µ и Dp — вязкость жидкости и диаметр час-    свободным» осаждением. Разделение суспензии микробных
тицы соответственно.                                        клеток как в гравитационном, так и центробежном полях
   Закон Стокса, как правило, применим для микробной        относится к этой общей категории несвободного осаждения.

Страницы